Соосный коаксиально-волноводный переход Российский патент 2023 года по МПК H01P5/103 

Область техники

Изобретение относится к сверхвысокочастотной технике и может быть использовано в области радиолокации, радионавигации, связи, антенно-фидерных системах и измерительной технике в качестве согласованного перехода (адаптера) между круглым коаксиальным и прямоугольным волноводами.

Уровень техники

Известен соосный коаксиально-волноводный переход (КВП) (Investigation of a coax-to-waveguide transition element/ N. Carmel, D. Elmakayes, H. Matzner/ COMCAS 2011), представляющий собой отрезок регулярного прямоугольного волновода, который выполнен с закороченной торцевой стенкой, и расположенный перпендикулярно ей участок коаксиальной линии. Согласующий элемент выполнен в виде нескольких конструктивно объединённых прямоугольных параллелепипедов, часть из которых конструктивно не соединена с широкой стенкой волновода. Центральный проводник коаксиального отрезка, удерживаемый диэлектрической шайбой, закреплённой в торцевой стенке волновода, замкнут на торцевую поверхность согласующего элемента.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является соосный КВП (патент RU2517678, МПК Н01Р 5/00, опубл. 27.05.2014), выбранный в качестве прототипа. который содержит отрезок регулярного волновода, закороченного торцевой стенкой, и расположенный перпендикулярно ей отрезок коаксиальной линии. Согласующий элемент выполнен в виде нескольких конструктивно объединённых прямоугольных параллелепипедов. В стенке согласующего элемента выполнено отверстие связи, в котором соосно установлен элемент связи, объединяющий согласующий элемент с центральным проводником отрезка коаксиальной линии. В отверстии связи установлена диэлектрическая втулка.

Основными недостатками известного устройства является относительно высокий уровень возвратных и проходных потерь.

Сущность изобретения

Основной технической задачей является создание соосного КВП с улучшенными электрическими характеристиками.

Техническим результатом заявляемого решения является уменьшение возвратных и проходных потерь СВЧ-сигнала.

Технический результат достигается за счет того, что в соосном коаксиально-волноводном переходе, содержащем соосное последовательное соединение отрезков круглого коаксиального и закороченного торцевой стенкой прямоугольного волноводов, образованное трансформатором волнового сопротивления, выполненного в виде конструктивно объединённых прямоугольных параллелепипедов, согласно предложенному решению, в корпусе перехода, выполненного в виде совмещённых основания и крышки, проводящие поверхности отрезка прямоугольного волновода образованы внутренней полостью глухого паза, выполненного в, основании и нижней сопрягаемой поверхностью крышки, причём на торцевой поверхности корпуса сформирован волноводный фланец, образованный парой смежных торцевых поверхностей крышки и основания, внешние проводящие поверхности отрезка круглого коаксиального волновода образованы внутренней поверхностью корпуса коаксиального соединителя, который при помощи резьбы соединён с корпусом перехода, и поверхностью отверстия, выполненного на внутренней узкой стенке паза основания, а внутренние проводящие поверхности коаксиального волноводного отрезка образованы внешней поверхностью стержня, который закреплён при помощи резьбового соединения во внутреннем крайнем торце параллелепипедного элемента трансформатора волнового сопротивления, выполненного в основании, прижимая трансформаторную втулку, причём все цилиндрические поверхности, образующие проводящие поверхности круглого коаксиального волновода расположены соосно центральной оси волноводного отрезка.

Краткое описание чертежей

Заявляемое изобретение поясняется рисунками, где на фиг. 1 представлен продольный разрез заявляемого КВП, в котором использован коаксиальный соединитель типа «розетка», на фиг. 2 - его изометрический продольный разрез, на фиг. 3 - соединитель типа «вилка» (продольный разрез), применяемый в заявляемом устройстве, на фиг. 4 - график частотной зависимости амплитуд коэффициентов передачи и отражения двух последовательно включённых КВП, на фиг. 5 - график частотной зависимости амплитуды коэффициента отражения заявляемого КВП, соединённого с волноводной согласованной нагрузкой.

На фиг. 1 - фиг. 3 обозначено:

1 - отрезок прямоугольного волновода;

2 - отрезок круглого коаксиального волновода

3 - трансформатор волнового сопротивления;

4 - основание;

5 - крышка;

6 - винты;

7 - волноводный фланец;

8 - корпус коаксиального соединителя типа «розетка»;

9 - резьбовое соединение основания и корпуса коаксиального соединителя;

10 - стержень;

11 - резьбовое соединение стержня и трансформатора волнового сопротивления;

12 - трансформаторная втулка;

13 - внешняя резьба корпуса коаксиального соединителя типа «розетка»;

14 - опорная плоскость корпуса коаксиального соединителя типа «розетка»;

15 - цанга стержня;

16 - корпус коаксиального соединителя типа «вилка»;

17 - опорная плоскость корпуса коаксиального соединителя типа «вилка»;

18 - стопорное кольцо;

19 - гайка;

20 - резьба гайки 19;

21 - штырь.

Осуществление изобретения

Изобретение представляет собой СВЧ переход, образованный соосным последовательным соединением двух отрезков различных волноводных СВЧ линий передачи: прямоугольной 1 и круглой коаксиальной 2. Соединение образовано при помощи трансформатора волнового сопротивления 3, являющегося частью обеих линий передачи. Отрезок прямоугольного волновода 1 сформирован внутренней поверхностью полости, образованной глухим пазом, вырезанным продольно, в основании 4 и замкнутым сверху крышкой 5. На торце корпуса КВП, сформированного скреплёнными винтами 6, основанием 4 и крышкой 5, выполнен волноводный фланец 7. Внешний проводник отрезка круглого коаксиального волновода 2 образован цилиндрической поверхностью отверстия, выполненного в стенке паза основания 4, соосно его главной оси, а также внутренней цилиндрической поверхностью корпуса коаксиального соединителя 8, закреплённом в торце основания при помощи резьбы 9 соосно главной оси корпуса. Внутренний проводник отрезка круглого коаксиального волновода 2 образован внешней цилиндрической поверхностью стержня 10, который прикреплён при помощи резьбового соединения 11 ко внутреннему торцу трансформатора волнового сопротивления 3, образованного последовательно включёнными прямоугольными параллелепипедами одинаковой ширины и различной высоты и длины. Параллелепипеды вырезаны из тела основания 4 на дне глухого паза симметрично его боковым стенкам и вместе с трансформаторной втулкой 12 образуют трансформатор волнового сопротивления 3. Внешняя резьба 13 и опорная плоскость 14 корпуса коаксиального соединителя совместно с цангой 15 стержня, формируют коаксиальный соединитель типа «розетка» (фиг. 1, 2).

Через контакты корпуса коаксиального соединителя 8 с основанием 4 и стрежня 10 с трансформатором волнового сопротивления осуществляется электромеханическая связь отрезков СВЧ-линий: прямоугольного волновода 1 и круглого коаксиального волновода 2.

В конструкции КВП возможно использование коаксиального соединителя типа «вилка» (фиг. 3), образованного соединённым с корпусом КВП корпусом коаксиального соединителя типа «вилка» с опорной плоскостью 17, на котором стопорным кольцом 18 удерживается гайка 19 с резьбой 20 и стрежнем 10 со штырём 21 на торце.

Частотный диапазоном работы перехода перекрывает весь частотный диапазон работы волноводного отрезка на основной моде.

Устройство работает следующим образом: поперечная (ТЕМ) электромагнитная СВЧ волна, распространяясь в пространстве между внешним и внутренним проводниками круглого коаксиального отрезка 2 КВП, попадает в отрезок прямоугольного волновода 1: сначала в пространство между внешним контуром волноводного отрезка и внешней поверхностью трансформаторной втулки 12, где происходит первоначальное преобразование ТЕМ-волны круглой коаксиальной линии. При этом силовые линии электромагнитного поля из цилиндрически симметричных начинают сосредотачиваться между нижней поверхностью крышки 5 и верхней частью внешней поверхности трансформаторной втулки 12. Далее волна попадает в зазор между внешним контуром волноводного отрезка и внешней поверхностью первой ступени трансформатора волнового сопротивления 3, который, по сути, является отрезком прямоугольного гребневого волновода. Далее волна ступенчато преобразуется в волну прямоугольного волновода типа TE₁₀. Поскольку заявляемое изобретение является взаимным СВЧ-устройством, то преобразование волны возможно и в обратном направлении.

В качестве примера, для демонстрации работоспособности заявляемой конструкции, на фиг. 4 представлены измеренные при помощи векторного анализатора цепей частотные зависимости амплитуд коэффициентов отражения и передачи двух последовательно соединённых волноводными фланцами КВП (калибровка осуществлялась по опорным плоскостям коаксиальных соединителей), заявляемой конструкции, с размерами сечения в 23×10 мм и 7/3,04 мм для волноводного и коаксиального отрезков соответственно. А на фиг. 5 представлена измеренная при помощи векторного анализатора цепей частотная зависимость амплитуды коэффициента отражения заявляемого КВП, соединённого с волноводной согласованной нагрузкой. (калибровка осуществлялась также по опорной плоскости коаксиального соединителя).

Изобретение относится к сверхвысокочастотной технике и может быть использовано в области радиолокации, радионавигации, связи, антенно-фидерных системах и измерительной технике в качестве согласованного перехода (адаптера) между круглым коаксиальным и прямоугольным волноводами. Технический результат: уменьшение возвратных и проходных потерь СВЧ-сигнала. Сущность: соосный коаксиально-волноводный СВЧ-переход (КВП) образован соосным последовательным соединением двух отрезков прямоугольной и круглой коаксиальной СВЧ-линий передачи. Соединение образовано при помощи трансформатора волнового сопротивления, являющегося частью обеих линий передачи. Корпус перехода выполнен в виде совмещённых и скрепленных винтами основания и крышки. Отрезок прямоугольного волновода сформирован внутренней поверхностью полости, образованной глухим пазом, вырезанным продольно в основании. На торце корпуса выполнен волноводный фланец. Внешние проводящие поверхности отрезка круглого коаксиального волновода образованы внутренней поверхностью корпуса коаксиального соединителя, который при помощи резьбы соединён с корпусом перехода, и поверхностью отверстия, выполненного на внутренней узкой стенке паза основания. Внутренний проводник отрезка круглого коаксиального волновода образован внешней цилиндрической поверхностью стержня, который закреплён при помощи резьбового соединения во внутреннем крайнем торце параллелепипедного элемента трансформатора волнового сопротивления, выполненного в основании. 5 ил.

Соосный коаксиально-волноводный переход, содержащий соосное последовательное соединение отрезков круглого коаксиального и закороченного торцевой стенкой прямоугольного волноводов, образованное трансформатором волнового сопротивления, выполненным в виде конструктивно объединённых прямоугольных параллелепипедов, отличающийся тем, что в корпусе перехода, выполненном в виде совмещённых основания и крышки, проводящие поверхности отрезка прямоугольного волновода образованы внутренней полостью глухого паза, выполненного в основании, и нижней сопрягаемой поверхностью крышки, причём на торцевой поверхности корпуса сформирован волноводный фланец, образованный парой смежных торцевых поверхностей крышки и основания, внешние проводящие поверхности отрезка круглого коаксиального волновода образованы внутренней поверхностью корпуса коаксиального соединителя, который при помощи резьбы соединён с корпусом перехода, и поверхностью отверстия, выполненного на внутренней узкой стенке паза основания, а внутренние проводящие поверхности коаксиального волноводного отрезка образованы внешней поверхностью стержня, который закреплён при помощи резьбового соединения во внутреннем крайнем торце параллелепипедного элемента трансформатора волнового сопротивления, выполненного в основании, прижимая трансформаторную втулку, причём все цилиндрические поверхности, образующие проводящие поверхности круглого коаксиального волновода, расположены соосно центральной оси волноводного отрезка.